Гидростатическая трансмиссия как прорывная конкурентная технология
Конец 2010-х годов: мировой финансовый кризис ударил по России, курс доллара вырос в 1,5 раза. Объем рынка строительно-дорожной техники в целом и в бульдозерной тематике, в частности, упал в 5–7 раз, впоследствии начав расти только в 2011 г. Но как известно, кризис – это и лучшее время для роста, и для принятия нестандартных решений. Руководство «ДСТ-УРАЛ» принимает решение о разработке нового серийного бульдозера, способного полностью заменить устаревшую конструкцию с механической трансмиссией.
В то время на рынке бульдозеров легкого и среднего класса, как в мире, так и России, преобладали машины с классической гидромеханической трансмиссией либо с устаревшей механической. Конструкторами завода был проведен глубокий анализ преимуществ и недостатков всех видов трансмиссий. В результате выбор пал на гидростатическую трансмиссию (по-научному правильно называть ее гидрообъемным приводом передачи мощности, но из-за перевода с английского языка прижился термин именно ГСТ – гидростатическая трансмиссия).
В тот момент в России были попытки сделать массовый бульдозер с ГСТ: в начале 2000-х годов был разработан ТС10 «Добрыня» производства ЧСДМ (г. Челябинск), позже документация на эту машину была передана на ХТЗ (г. Харьков) и в «Орёлдормаш» (г. Орёл), где появилась модернизированная версия Б-100. Но эти машины не выдержали проверку временем и к 2010 г. уже практически не выпускались.
Среди мировых производителей полностью на ГСТ-приводе свои трактора делали фирмы Liebherr, Case, John Deere и New Holland. Крупнейшие производители в лице Caterpillar и Komatsu, а также массовые производители китайских тракторов данную трансмиссию на тот момент всячески критиковали и в своей технике практически не использовали. Но как показало время, гидростатический привод доказал свою конкурентоспособность как в экономическом, так и в эксплуатационном плане, и сейчас все больше новых тракторов выпускается с таким видом трансмиссии, увеличивается их общая доля рынка.
В чем же преимущества гидростатической трансмиссии? Начать стоит с описания принципа работы: ГСТ бульдозера – это гидрообъемная передача с закрытым замкнутым гидроконтуром (в этом основное отличие от популярного экскаваторного варианта трансмиссии, где контур открытый). В состав трансмиссии входят два гидронасоса и два гидромотора (по одному на каждый борт, в более тяжелых бульдозерах, начиная от 40 т, количество агрегатов может быть увеличено). Насосы преобразуют механическую энергию вращения вала ДВС в энергию потока масла под определенным давлением, передавая мощность посредством рукавов высокого давления гидромоторам. Те преобразуют энергию обратно в механическое вращение, приводя в действие исполнительный механизм – приводной редуктор. Сам гидравлический контур закрыт, жидкость в нем обновляется примерно на 10% каждую минуту с помощью специальных клапанов промыва и насосов подпитки, тем самым контур охлаждается и очищается. Это помогает избежать больших сечений РВД подвода и отвода жидкости от приводного контура и компактно разместить всю трансмиссию.
Одним из ключевых достоинств ГСТ является возможность плавного бесступенчатого изменения передаточного отношения в широком диапазоне частот вращения, что позволяет намного эффективнее использовать крутящий момент двигателя машины по сравнению со ступенчатым приводом во всем диапазоне нагрузок и скоростей машины. Объем насосов регулируется пропорционально от нуля до максимума, что делает возможным плавный разгон машины с места без применения сцепления. А пропорциональное уменьшение объема гидромоторов позволяет реализовать разгон машины до транспортной скорости без разрыва потока мощности, рывков и потерь.
Благодаря электронному контролю всей трансмиссии и топливоподачи ДВС даже значительное и резкое изменение нагрузки не влияет на выходную частоту вращения, поэтому машина сама держит обороты ДВС на нужном уровне согласно требуемой нагрузке, что позволяет существенно экономить топливо в условиях высокой маневренности бульдозера и непрерывности тягового усилия. Когда нагрузка с бульдозера снимается, обороты двигателя автоматически падают до холостых. При этом ГСТ позволяет обеспечить максимальную тягу машины даже на низкой скорости и низких оборотах ДВС.
Большим достоинством гидростатической трансмиссии является простота реверсирования гусениц с возможностью разворота на месте с нулевым радиусом, что дает исключительную маневренность машине.
Отсутствие механической связи ДВС и приводных редукторов позволяет сильно упростить кинематическую схему, существенно облегчить компоновку машины на этапе разработки, упростить ремонтные и обслуживающие мероприятия, значительно повысить надежность. Количество элементов сведено к минимуму – их всего два: гидронасос и гидромотор, тогда как в ГТР это сам гидротрансформатор, планетарная коробка передач, главная передача, многодисковый бортовой фрикцион и гидравлический привод дифференциального поворота. В случае поломки весь ремонт осуществляется путем замены гидронасоса или гидромотора в сборе (что достаточно быстро), а затем дефектовки вышедшего из строя агрегата на стенде. Учитывая, что данные агрегаты производит множество мировых компаний, обеспечивается поддержание конкурентной среды среди поставщиков, а значит, низкий уровень цены при высоком уровне качества.
Недостатком гидростатической трансмиссии можно считать более низкий КПД по сравнению с механической или гидромеханической передачей. Однако по сравнению с трансмиссиями, включающими коробки передач, ГСТ оказывается экономичнее, проще и быстрее. Также ранее применение ГСТ ограничивали цена изделия, требования к маслам и сложность реализации электронного управления. Однако со временем совершенствование технологий механообработки и широкое распространение синтетических масел, производимых под заранее заданные параметры использования, развитие микроэлектроники, позволившее реализовывать сложные алгоритмы управления ГСТ, позволили значительно снизить себестоимость такого вида привода.
Еще одним недостатком ГСТ-привода можно считать предвзятое отношение к нему со стороны эксплуатирующих организаций. Но опробовав новые технологии, назад уже никто не хочет возвращаться. Еще недавно все автолюбители боялись ставить автоматическую коробку передач, предпочитая механику. Сейчас механических коробок передач практически не осталось, а автоматы используют не только на легковом транспорте, но и на большегрузных машинах, внедорожных самосвалах, автобусах и т. д. Причем эти машины успешно работают в диапазоне температур от +50 до –50 °С. В аналогичных условиях работает и бульдозер ГСТ, причем проблем не возникает как в трансмиссии, так и в электронной системе управления.
Бытует также ошибочное мнение, что для ГСТ необходимо только иностранное, самое дорогое и специализированное масло. Это не так, качество отечественных масел давно подтверждено, они соответствуют мировым стандартам качества, и эксплуатация возможна во всем температурном диапазоне. Заводом была проведена большая работа по изучению темы смазочных материалов, на текущий момент руководством по эксплуатации разрешается применение масел около 50-ти производителей, из которых пять отечественных. В качестве дополнительной меры защиты работа бульдозера с ГСТ построена таким образом, что контроллер запрещает движение на слишком холодном масле, а подогрев от –50° до оптимальной температуры происходит в автоматическом режиме в течение 15–20 минут.
Выбор ГСТ с электронным управлением, с учетом всех описанных преимуществ, подтолкнул завод «ДСТ-УРАЛ» разработать полностью электронную систему управления всеми остальными системами машины, что позволило легко реализовывать и внедрять любые программы по управлению машиной, получать удаленный доступ и контроль параметров, существенно упростить управление машиной, адаптировать ее под оператора. Все это помогло существенно снизить требования к квалификации бульдозериста, и теперь для управления машиной ему достаточно лишь двух джойстиков: левый отвечает за все движение, правый за навесное оборудование.
В итоге все вышеописанные преимущества позволили технике «ДСТ-УРАЛ» прочно занять свою нишу на дорожно-строительном рынке СНГ, с каждым годом завод наращивает выпуск конкурентной продукции и внедряет передовые технологии контроля и управления машинами.
